Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Июль » 23 » Экология ДВС ч.5 КПД двигателей.
13:45
Экология ДВС ч.5 КПД двигателей.

      Экономия топлива и улучшение экологической ситуации в мире можно достичь при помощи повышения полноты использования энергии топлива для совершения полезной работы. Полнота сгорания топливной смеси и величина тепловых потерь в ДВС во многом зависят от давления, при котором происходит горение. Так же, от давления топливной смеси зависит скорость распространения фронта пламени в цилиндре ДВС. Наибольшее давление при котором происходит воспламенение топливной смеси, соответствует дизельным двигателям, там исходное давление достигает 25-32 атмосфер, что дает КПД в пределах 30-40%, что является рекордом для серийных тепловых машин. Точное значение КПД дизелей зависит от многих факторов, среди которых: качество сборки, используемые материалы, количество цилиндров, удельная мощность двигателя, размер двигателя и пр. Наибольшим КПД (около 40%) обладают дизельные двигатели океанских теплоходов и ряда других судов. Они имеют сравнительно низкую удельную мощность, высокую стоимость и отличаются существенной технической сложностью. Мощность таких дизелей достигает десятков тысяч л.с.
     Среди ДВС с самым низким КПД стоит отметить двухтактные двигатели с калильным зажиганием. Они используют сравнительно низкооктановое топливо, отличающееся легким воспламенением. Главные преимущества таких ДВС сводятся к дешевизне, компактности, простоте в производстве и эксплуатации, а так же, высокой удельной мощности. КПД двухтактного одноцилиндрового ДВС для авиамодели (мощность порядка 0,05 – 0,20 л.с.) составляет всего 12-17%.
     Промежуток между этими классами занимают карбюраторные ДВС с искровым зажиганием. Они имеют КПД порядка 19-34% и отличаются широким диапазоном мощностей, конструкций, размеров и уровня качества изготовления.
     Как видим, приведенные значения ДВС весьма скромны, хотелось бы их повысить. Повышение ДВС тепловой машины, в соответствии с теоремой Карно-Клаузиуса, зависит в первую очередь, от разницы между начальной и конечной температурой теплоносителя (рабочего тела). Этот принцип в чистом виде хорошо применим лишь для паровых машин, преимущественно с замкнутым циклом теплоносителя (паровые турбины ТЭС и крупных теплоходов, работающих на мазуте).
     Для ДВС более корректно говорить о нивелировании величин потерь энергии, а так же, повышении эффективности отдачи всей внутренней энергии химических связей топлива. Среди основных пунктов потерь доминируют: унос тепла с выхлопными газами (около 25-40%), потери на трение (10-15%), потери тепла при теплопередачи через стенку (5-15%, это пункт определяет примерно половину разницы между дизелями и карбюраторными ДВС), потери на инерцию при возвратно-поступательном движении (2-6%) и др. Снижение этих потерь сводится, преимущественно к оптимизации конструкции ДВС и использованию более качественных материалов, а так же, повышение точности изготовления деталей. Минимизация потерь на возвратно-поступательные движения деталей можно достичь исключением деталей с данным типом движения. Примером может служить реактивная турбина (ГТУ, ТРД). Но, для данных типов двигателей есть два других существенных пункта: газодинамическое сопротивление газового потока при движении через сопловые устройства с большой скоростью и утечка раскаленных газов через зазор между лопатками ротора и корпусом статора турбины. Снижение данных пунктов можно достичь, как увеличением точности и чистоты изготовления деталей, так и применением материалов с меньшим коэффициентом теплового расширения и большей стойкостью к образованию окалины при высоких температурах.
     Стоит подробнее остановиться на повышении степени сгорания топлива. Простейшие методы в этом плане сводятся к увеличению длинны хода поршня (что бы увеличить время горения), увеличении давления рабочей смеси и введению избытка воздуха в топливную смесь. Первый метод увеличит другие пункты потерь (трение, инерция, теплопередача), второй метод приведет к увеличению температуры сгорания, следовательно, к уменьшению ресурса ДВС. Снижение ресурса можно компенсировать использованием более прочных и термически стойким материалов (титановые сплавы для поршня вместо дюралюминия, например), но, это приведет к росту стоимости ДВС в геометрической прогрессии. Увеличение содержания воздуха в топливной смеси приведет к появлению в продуктах сгорания оксидов азота, что является минусом, как в плане стойкости к коррозии деталей ГРМ (газораспределительный механизм) и выхлопных устройств, так и в экологическом плане.
     Далее мы коснемся конструктивных и технологических методов повышения полноты сгорания топлива.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 667 | Добавил: Chemadm | Теги: ДВС, жидкое топливо, Транспорт, экология | Рейтинг: 5.0/5
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]